Método para fazer concreto com zero emissões em grande escala é descoberto

O concreto é o segundo material mais utilizado no planeta, depois da água, e é responsável por aproximadamente 7,5% do total de emissões de carbono no planeta causadas pela queima de combustíveis fósseis. Foi buscando descobrir uma forma escalável e econômica de reduzir as emissões na produção de concreto e, ao mesmo tempo, atender a demanda global que pesquisadores da Universidade de Cambridge chegaram ao desenvolvimento de um concreto de baixas emissões.

Concreto reciclado e Forno Elétrico a Arco foram os dois pontos-chave da nova descoberta. O Forno Elétrico a Arco é um equipamento para fundir materiais, especialmente metais, e, por isso, usado na reciclagem do aço. Os pesquisadores de Cambridge descobriram que o cimento usado é um substituto eficaz para o fluxo de cal, que é usado na reciclagem do aço para remover impurezas, mas que normalmente acaba como um resíduo conhecido como escória. Ao substituir a cal pelo cimento usado, o produto final é o cimento reciclado que pode ser usado para fazer um novo concreto com baixas emissões a nível comercial.

Este método de reciclagem de cimento não acrescenta quaisquer custos significativos ao concreto e ainda pode ajudar a reduzir as emissões de carbono tanto do concreto como do aço devido à menor necessidade de fluxo de cal. A pesquisa foi publicada na revista Nature.

A mesma técnica poderia ainda produzir cimento com emissão zero, se o Forno Elétrico a Arco fosse alimentado por energia renovável.

De acordo com o líder da pesquisa, o professor Julian Allwood, do Departamento de Engenharia de Cambridge, uma série de workshops com membros da indústria da construção foram realizadas para saber como reduzir as emissões do setor. “Muitas ideias excelentes surgiram dessas discussões, mas uma coisa que eles não podiam ou não queriam considerar era um mundo sem cimento.”

Reduzir as emissões poluentes, sem deixar de atender a demanda, é, segundo os pesquisadores de Cambridge, um dos maiores desafios de descarbonização do mundo.

Menos cimento

O concreto é feito de areia, cascalho, água e cimento, que serve como aglutinante. Embora seja uma pequena proporção de concreto, o cimento é responsável por quase 90% das emissões de concreto. O cimento é produzido através de um processo denominado clínquer, onde o calcário e outras matérias-primas são triturados e aquecidos a cerca de 1.450°C em grandes fornos. Este processo converte os materiais em cimento, mas liberta grandes quantidades de CO₂ à medida que o calcário se descarboniza em cal.

Ao longo da última década, os cientistas têm investigado substitutos para o cimento e descobriram que cerca de metade do material pode ser substituído, porém as alternativas descobertas até hoje precisam de ser ativadas quimicamente pelo cimento restante.

“É também uma questão de volume – fisicamente não temos alternativas suficientes para acompanhar a procura global de cimento, que é de cerca de quatro bilhões de toneladas por ano”, diz Allwood. “Já identificamos o fruto mais fácil que nos ajuda a usar menos cimento através de misturas cuidadosas, mas para chegar a zero emissões, precisamos começar a pensar fora da caixa.”

“Tive uma vaga ideia de trabalhos anteriores de que se fosse possível esmagar o concreto velho, retirando a areia e as pedras, o aquecimento do cimento removeria a água e então formaria o clínquer novamente”, disse o primeiro autor, Dr. Cyrille Dunant, também do Departamento de Engenharia. “Um banho de metal líquido ajudaria nessa reação química, e um forno elétrico a arco, usado para reciclar aço, parecia uma forte possibilidade. Tínhamos que tentar.”

O processo de clínquer requer calor e a combinação certa de óxidos, todos presentes no cimento usado, mas que precisam ser reativados. Os pesquisadores testaram uma série de escórias, feitas de resíduos de demolição e adicionadas de cal, alumina e sílica. As escórias foram processadas no Forno Elétrico a Arco do Instituto de Processamento de Materiais com aço fundido e resfriadas rapidamente.

“Descobrimos que a combinação de clínquer de cimento e óxido de ferro é uma excelente escória siderúrgica porque forma espuma e flui bem”, disse Dunant. “E se você acertar o equilíbrio e resfriar a escória com rapidez suficiente, você acaba com cimento reativado, sem agregar nenhum custo ao processo de fabricação do aço.”

O cimento produzido através deste processo de reciclagem contém níveis mais elevados de óxido de ferro do que o cimento convencional, mas os pesquisadores dizem que isto tem pouco efeito no desempenho.

“Produzir cimento com emissões zero é um milagre absoluto, mas também temos que reduzir a quantidade de cimento e concreto que usamos”, disse Allwood. “O concreto é barato, forte e pode ser feito em praticamente qualquer lugar, mas usamos muito dele. Poderíamos reduzir drasticamente a quantidade que utilizamos sem qualquer redução na segurança, mas é necessária vontade política para que isso aconteça.

Os pesquisadores registraram uma patente do processo, garantindo o direito de exploração comercial.